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油气管道内防腐补口技术研究进展

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油气 管道 防腐 口技 研究进展
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油气管道内防腐补口技术研究进展 张永刚1, 2 赵忠刚3 何超4(1. 西安石油大学石油工程学院 陕西西安 710065; 2. 青海油田格尔木管道输油处 青海格尔木 816000;3. 中国石油天然气管道科学研究院 河北廊坊 06500;北廊坊 065000) 摘要:对管道内防腐补口类型进行了划分,并对每种类型的具体形式以及优缺点进行了比较;接着,介绍了焊后内补和焊后无补口两种典型的补口工艺的原理、流程和技术特点;最后,考虑到当前补口技术的自动化、机械化和智能化的发展趋势,对当前国内外的补口机具的发展及其性能特点等进行了归纳分析。这将有利于今后开展管道内防腐补口技术工艺的优化或支持相关研究决策。 关键词:内防腐 补口技术 油气管道 补口机具 中图分类号: 文献标识码: A 文章编号: 0、引言 对于内腐蚀,考虑到输送介质的特殊性,对钢管内壁造成的腐蚀也是及其严重的,有时甚至超过了外腐蚀,但是由于其隐蔽性,人们往往忽视了内腐蚀的存在,在国外长距离输气管道涂刷内壁涂层大体已经成为必要条件,而在国内长输管道内涂层尚处于试验研究阶段。对于管道内防腐技术来讲,关键问题主要集中在管道内腐蚀的防腐补口技术上,从而对油气管道内防腐补口技术进行研究,是保障管道安全、平稳、高效运行的关键,也是减少油气管道事故损失、维护社会和谐稳定的重要手段。 1、管道内防腐补口概述 管道的腐蚀严重影响油气管道系统的可靠性及使用寿命,是造成管道事故的最主要原因[1]。相对应的统计表明总腐蚀穿孔量的 90%都来自于管线内壁腐蚀,而补口部位腐蚀失效占更是占其绝大部分。对于管道内腐蚀控制措施,主要有加强输送介质的净化、在输送介质中添加缓蚀剂、采用耐蚀管材,对管道内壁做内衬处理等。而对管道内壁做内衬处理是解决各种输送介质管道内腐蚀的最方便有效的方法。对内衬进行处理首选的就是涂装涂料技术,它适用于输送不同介质管道内壁的防护,也是较容易实现的方法,而补口问题是影响管道的内壁涂装技术发展的主要瓶颈。 国内外所采用的比较先进的现场内接头补口方法主要包括三个步骤[2]:第一步是清理工作,是指内面焊缝在焊后必须再次清理灰尘和焊渣;第二步是涂层施工。采用相关技术手段在焊缝上涂上均匀厚度达到规定标准的涂层;第三步是质量检测工作。 2、管道内防腐补口类型 管道内防腐补口技术经过几十年的发展,其补口形式也越来越呈现出多样化的趋势。纵观国内外的补口类型,主要体现为如下几类: ①焊接法补口。具体包括三种形式,一是填充焊接补口法[3],即在两个管段对接之前将填充剂1布在端面的环缝中,然后进行组对焊接,此法受人为因素影响较大,同时对施焊要求也高,不能让电弧与填充剂接触,以防破坏填充层;二是接头焊接补口法,即用特制的可焊性接头来连接两个管段,此法对焊接要求高,补口成本也高;三是加套补口法。包括内衬保护套(管)焊接法、记忆合金套法等[4]。即在两管段连接之前,将一个烧结套放入管端衬里空白处,再将两管段对接,此法对现场装备以及技术的要求很高,且对装备质量依赖性很大,难以保证接头补口的可靠性。 ②涂料喷涂补口。一般在焊后进行,这种补口类型也是当前管道内防腐采用的主流形式,且随着不同类型补口机的研制,使得其机械化、自动化水平在不断提高,该法又细分为管道内挤涂工艺、钻孔喷涂法、自动补口机喷涂法等。然而涂装质量无保证是该技术普遍存在的问题,主要体现在:一是涂层厚度不均匀、不稳定;二是长距离涂装作业时,因管道中部的干燥固化状态不易判断而涂层不易控制,多次涂装时容易将管道中间部位前一次未干燥固化的涂膜破坏;三是涂敷器在管道内受管道变形度和焊缝的影响,行走速度不稳,使整个管道的涂膜均匀性受到影响。 相对传统的压气喷涂而言,当前管道的内防腐层补口通常将高压无气喷涂机送到管道内壁焊缝处进行喷涂,实施补口作业。该法利用特制的高压喷涂机将高压涂料经高压管线输送到喷嘴,形成喇叭形状,高压雾化的涂料呈微粒射向构件表面,得到高质量的膜涂层[5]。其优点是涂料高度雾化,雾化微粒均匀;线速度高,涂层均匀光滑,无气泡和针孔;涂层附着力好且施工速度快、效率高。 ③喷涂焊接补口。该法是将喷涂和焊接两种补口类型进行融合的新型补口方法[6] 。喷涂焊接法是管道内防腐补口的新途径,将耐腐蚀、耐高温的合金粉末喷涂在管道焊接热影响区内壁做内防腐层,管内壁其余部分仍喷涂防腐涂料,对接时用耐腐蚀材质焊材氩弧焊打底焊接,这样管道接口处内壁便获得由合金涂层、耐腐蚀焊缝与防腐涂层形成的连续、封闭的防腐层,有效地解决了内防腐补口的技术难题。 ④机械连接法补口。机械连接法补口包括外套式机械压接法、高压管道速接头法[7]、螺纹连接法等。外套式机械压接法的接头由外套和内管(管线本身)组成,两内管接触端面之间有密封垫,为保证压接后接头材质不超过弹性极限,外套内部加工有特殊螺纹,以适应内管外径偏差,螺纹内涂有密封胶,压接时密封胶还可起润滑作用,并在固化后形成可靠的密封带,使外套与内管紧紧压接成一体;“高压管道速接头”主要用于解决管线内防腐补口,进行管线的连接和密封,它由锁紧套、直通体、密封垫和卡环组成,锁紧套与直通体间螺纹连接,通过卡环将力作用于管道,挤紧密封垫实现密封和连接。 ⑤焊接无补口。该技术是采用性能稳定、防腐性能好的金属材料,对管端 10~15围内进行电弧喷涂,电弧喷涂均匀致密,具有导电及热传导性能好、不易脱离主体和产生局部物理、化学反应的特点,因而具有良好的防腐性能和较长的保护周期。无内补口技术对焊接工艺的要求较高,施工难度加大。典型的如管道防腐复合结构不内补口技术(27专利,它是在钢管管头或接头内压入成型的不锈钢板衬套经滚压而成,补套的外端有翻边,增加了不锈钢板的厚度防止焊接时击穿,其内壁均为不锈钢板面,不需补口,而且制做简单,施工方便,成本低,使用寿命长,实用性强。 23、管道内防腐补口工艺 对于管道的内防腐,当今盛行的主要是焊后内补工艺,但是当前也出现了一些新工艺,比如焊后无补口工艺等。 后内补喷涂工艺 焊后内补工艺的成熟性已得到了有关设计部门的认可,并应用于管道建设的施工设计中。具体工艺流程包括: ①管道内焊缝的处理。管道在现场安装焊接后的焊缝在补口喷涂前,用管道内焊口磨光机打磨焊熘、焊疤、焊渣,并将焊口附近打磨的尘埃吸收和吹扫干净。 ②管道内焊缝涂层补口。为保证焊缝处涂层厚度,每个焊口补涂应最少按三遍进行。 ③用管道内窥仪以及检测仪对整条管道的内壁防护涂层进行检查,抽查防护层厚度以及焊缝补口质量,达到设计质量要求后交工验收。 具体施工过程可以参考美国联合碳化物工业设备公司研制出的现场内固涂层施工过程[2] 。这种工艺技术核心一般为三台设备;一是管道内电动喷涂机,二是管道内涂层补口车,三是管道内焊口磨光机。 后无补口工艺 焊后内补的防腐措施并未彻底解决管道内防腐问题,尤其是小口径管道及弯管更无法焊后内补口防腐,从而研究出管道焊后无内补口防腐焊接新技术[8]。 新技术放弃了焊后再涂料的内补口的传统工艺,避开内补口的种种制约,开辟了一条获得耐蚀焊接接头的新途径。无内补口焊接技术如图 1 所示。在管道内壁预先利用氧- 乙炔热喷焊一层耐蚀金属材料,再涂覆普通有机防腐涂层;然后用与之耐蚀性匹配的焊条完成管接头打底焊缝,再用普通焊条完成填充和盖面焊缝,这样管接头内表面就由耐蚀喷焊层和与之匹配的耐蚀打底焊缝组成一层可靠、稳定的内防腐层。喷焊层、有机防腐涂层的制作在车间内进行,在现场管子对接焊后无须再进行涂料的内补口防腐。合金粉末和环氧粉末均属于热固性材料,必须采用热喷涂方法进行涂敷,一般在预制厂先进行管道的喷涂预制,到现场再进行焊接安装,施工工艺流程主要包括三个部分:管口喷涂→管段喷涂→现场焊接。 图 1 无内补口焊接技术示意图 这种工艺在胜利油田应用后,现场试验也证明采用无内补口焊接新技术处理的焊接接头大大高于涂层内补口接头的使用寿命。但在焊接工艺、材料选用、检验手段等方面还有待于进一步的研究、改进。 34、管道内防腐补口机具 目前,国内外投入大量人力、物力,研究金属管道的内腐蚀及其防护,与内防腐配套的关键关键环节——内涂层补口技术也受到格外重视,而实现补口技术的机械化、自动化和智能化日益成为趋势。因为管道内防腐智能补口机及质量检测机,适于野外施工,可形成管道内防腐的完整生产能力,能解决急需的管道内涂层补口质量问题。 管道内防腐智能补口机是用于长直金属管道焊口内表面清理和液体防腐涂料补口涂敷以及外观摄像检测和技术数据准确检测的专用施工机具,它能自携动力和涂料,在同位素的控制下,自动寻找焊口,并根据程序指令在焊口区除锈、甩涂补口和检测,定位准确无误,除锈宽度、补口宽度和厚度以及摄像时间均可依照现场需要灵活调整。其工作原理是:当主开关接通电源后,由微机控制在管内运行到预定位置,适当延时后开始回程作业。当涂漆器检测探头到达焊口时发出信号,微机指令打开电磁阀供漆,涂漆器进行喷涂补口,同时将补口位置和次数信息送到微机,显示累计补口次数并记录打印。可以看出其主要工序为:补口机定位、内表面清理、吸尘、喷涂、检测、补涂。 在国外,美国在 20 世纪 80 年代末研制出两种补口机[9]:一是“热熔环氧粉末现场内补口装置与工艺”,其原理是在焊口内部加放射源,馆内接收到放射信号,在焊口处定位,管外感应加热管内环氧粉末补口;另一种是美国专利“自动推进自动表面处理与涂敷的补口装置”。该机用外部动力对管内装置的操纵信号均经拖挂的电缆传输,整机先走到待补口管道的另一端,进行补口。前者存在放射性危害,电加热耗能大,现场设备多,使用不便;后者挂缆退行补口,耗能多,施工不方便。 在国内,我国的补口机研制目前已形成系列,可适用于各种管径的长直管线的内补口。补口机主要由行走控制车、喷涂车、除锈车、摄像检测车、内涂层质量检测仪以及同位素放射源组成,各车之间由万向节连接。如大庆油建公司于上世纪九十年代初研制出的 钢质管道内涂层微机控制补口机[10];1999 年,胜利油田成功研制了 钢质管道内涂层补口机[11]。这些机具用于管道内防腐补口,施工质量稳定可靠,与其它管道内防腐补口方式相比,该工艺技术简单,操作方便,施工费用较低。 管内自动补口机近两年应用较普遍,但是也存在明显不足,如不能进行弯管、弯头焊接区补口;现场施工时,泥沙堵塞而导致补口困难,现场抢修时无法进行焊后内补口。这些问题都需要今后相关科研人员投入精力和物力,深入研究而着力解决。 5、结束语 油气管道防腐质量的好坏直接关系到能源生命线的平稳、安全、可靠运行,而相对于外防腐可靠的技术相比,内防腐还是一个相对薄弱环节,尤其是补口部位的内防腐的质量更是成为整条管线质量的关键环节。这就需要相关科研人员加大对内防腐补口技术的研究,推行新工艺、新技术、新设备的投入使用。 参考文献: [1] 李欣,赵忠刚,王福宾.管道外腐蚀影响因素的主成分分析模型.管道技术与设备,2009(1) :62] 周立莎(译) .国外管道内防腐及内外防腐层补口方法.国外油田工程,1994(5) :59 4 5[3] 刘凤,吴乃瑞,姜祖周.现场喷涂式中口径管道水泥砂浆衬里补口机的研制.腐蚀与防护,2 001,22(6) :2654] 郑光明,刘延臣(译).国内外管道内补口的新技术.国外油田工程,1995(3) :765] 陈普信,纪云岭,张立奎.小直径管线高压无气喷涂及无补口防腐技术.石油工程建设,2 001(3) :346] 王青春.管道内防腐补口的喷涂焊接法.石油工程建设,1994(4) :367] 张志川,袁东.管道内防腐补口新技术蚀科学与防护技术,1998,10(1) :588] 王勇,吴开源.管道焊后无内补口焊接新工艺.新技术新工艺,1999(5) :269] 孙建国,范景凡,张召峰等.管道内防腐智能补口机及配套工艺技术.矿山机械,2002(12) :6010] 郑光明,刘万宝.微机控制管道内涂层补口机.石油工程建设,1995(5) :4211] 万风新,叶明.补口机及其在海底管道内涂层补口中的应用.石油工程建设,2002,28(1) :46一作者简介: 张永刚(1973-),男,工程师。1997 年毕业于西安石油大学机械制造与设计专业,现在工作于青海油田格尔木管道输油处甘森泵站,同时攻读西安石油大学油气储运专业工程硕士学位,主要从事油气管道输送、工程管理等工作。身份证号:612133197308116318。 联系作者: 赵忠刚。通讯地址:河北省廊坊市广阳区金光道 51 号管道科学研究院( 065000); 0316)2077664 13784476513;身份证号:130627197807201211。 il 2 e i'i'710065; 2. 816000;3. 065000;4. 065000) to of of of of of or
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